9. Bố cục luận án
2.4.2.Cường độ dòng điện phun (Ip )
Cường độ dòng điệ n phun là năng lượ ng chính t ạo ra nhi ệt độ h ồ quang plasma trong bu ồng đốt để làm nóng ch ảy v ậ t li ệu phun. Quá trình phun phủ plasma, sự mất ổn định quan trọng nhất là sự mất ổn định đến anode. Kết quả sự mất ổn định đó là do dòng điện ảnh hưởng mạnh mẽ đến dao động của công suất hồ quang, ảnh hưởng của biến động như vậy tác động đến nhiệt độ và gia tốc hạt [77].
Sự tác động mạnh mẽ của dao động điện áp lên các hạt và quỹ đạo hạt đã được báo cáo bởi Fincke và Swank vào năm 1991, cho biết còn cỡ khoảng 10% tổng khối lượng các hạt vẫn không bị nung nóng [78]. Trong một thí nghiệm khác của Bisson và cộng sự cũng cho thấy ảnh hưởng của dao động điện áp lên hạt nhiệt độ và vận tốc [79]. Một nghiên cứu so sánh khác được sử dụng với hai điều kiện thí nghiệm: Một với dòng điện 300A, vận tốc khí Ar là 35(l/ph), H2 là 10(l/ph), khí mang 6(l/ph) và khoảng cách phun là 100mm; Hai với dòng 700A vận tốc khí Ar là 35(l/ph), H2 là 3(l/ph), khí mang 6(l/ph) khoảng cách phun là 100mm, tất cả các điều kiện khác còn lại là như nhau. Những điều kiện này đã được chọn để mang lại cùng nhiệt độ hạt trung bình khoảng 2850°C và hạt tương tự vận tốc lần lượt là 274 và 316m/s. Điều kiện đầu tiên cho kết quả mạnh mẽ chế độ khởi động lại hoạt động của hồ quang và sự dao động mạnh của nhiệt độ hạt và vận tốc, trong khi các dao động cho bộ thông số vận hành thứ hai là mối quan hệ nhỏ. Có thể kết luận rằng hành vi khởi động lại của vòng cung sẽ dẫn đến kết quả lớn hơn một phần của các hạt không được nóng chảy sẽ dẫn đến lớp phủ kém [80].
Coudert và Rat [81 - 83] đã nghiên cứu biến động của plasma với hỗn hợp Ar - H2. Dòng hồ quang 600A, khí Ar bằng 45(l/ph), cho các tốc độ dòng H2
với chính tần số dao động quan sát được giữa (4 ÷ 5kHz), nhưng một đỉnh thứ cấp xuất hiện ở tốc độ dòng hydro thấp ở khoảng 7,5kHz. Kết quả ghi nhận lớp ranh giới lạnh (CBL) là không thỏa đáng vì tần số dao động tăng khi tốc độ dòng hydro tăng. Hơn thế nữa, theo tín hiệu điện áp thời gian phục hồi hồ quang là khoảng từ (30 ÷ 100)µs, đó là tần số cao hơn 10 kHz và sự phát triển của biến động chính tần số (4 ÷ 5kHz). Coudert và Rat cho thấy dao động chính này chủ yếu là do hiệu ứng nén của khí tạo plasma ở phần sau của plasma, nghĩa là trong khoang cực âm. Độ ổn định điện của hồ quang được xác định bởi đặc tính ampe - volt của nó. Vòng cung cháy tự do có một loạt các điều kiện đặc trưng rơi xuống, có nghĩa rằng điện áp giảm khi tăng dòng điện.
Một số nghiên cứu cũng chỉ ra sự xói mòn cực âm xảy ra chủ yếu khi mật độ dòng điện ở phần cực âm là đủ cao để lượng nóng chảy lớn hơn. Điều này xảy ra do sử dụng khí plasma như hydro dẫn đến sự co thắt hồ quang mạnh và việc sử dụng dòng điện cao vượt quá giá trị thiết kế catốt. Nói chung, xói mòn cực âm ảnh hưởng đến hoạt động của ngọn lửa hồ quang trong vài giờ đầu tiên, đặc biệt là trong giờ đầu tiên, kết quả là giảm điện áp hồ quang [84]. Một phân tích nhiệt chỉ ra rằng với thời gian cư trú là 150µs sự gia tăng mạnh mẽ về xói mòn có thể được dự kiến, tức là một khi một điểm bị xói mòn nhẹ đã hình thành, hồ quang cư trú tại điểm này dẫn tới sự tăng nhanh tốc độ xói mòn [85]. Rõ ràng, kiểm soát thông lượng nhiệt anode phải đạt được để kiểm soát xói mòn cực dương.
Trong thực tiễn một số các công trình đã công bố khi phủ plasma đã sử dụng cường độ dòng điện phun trong khoảng từ (300 ÷ 700)A với vật liệu phủ khác nhau cho kết quả đạt tốt [21, 22, 86].